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铝电解低电压综合节能技术 实施条件与应用实例

铝电解低电压综合节能技术 实施条件与应用实例. 铝电解低电压节能课题组. 中国铝业郑州研究院. 二 0 一 0 年六月九日. 背景. 现 状. 气候变化引发低碳经济，节能减排是低碳经济重要组成部分。 2009 年 3 月，公司在兰州召开部分电解铝企业控亏增盈会议提出 瓣开揉碎、全程对标 。 2009 年 5 月，国务院发布 《 有色金属产业调整和振兴规划 》 ， 12500 千瓦时已成为电解铝新的能耗标准 。 从 2009 年 10 月，中铝公司接连召开了氧化铝、电解铝结构调整专题会议，确定了 效益优先、创新优先、存量优先 的原则。

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铝电解低电压综合节能技术 实施条件与应用实例

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  1. 铝电解低电压综合节能技术实施条件与应用实例铝电解低电压综合节能技术实施条件与应用实例 铝电解低电压节能课题组 中国铝业郑州研究院 二0一0年六月九日

  2. 背景 现 状 • 气候变化引发低碳经济，节能减排是低碳经济重要组成部分。 • 2009年3月，公司在兰州召开部分电解铝企业控亏增盈会议提出瓣开揉碎、全程对标。 • 2009年5月，国务院发布《有色金属产业调整和振兴规划》 ，12500千瓦时已成为电解铝新的能耗标准。 • 从2009年10月，中铝公司接连召开了氧化铝、电解铝结构调整专题会议，确定了效益优先、创新优先、存量优先的原则。 • 2010年1月，熊总在《人民日报》刊发文章——《全方位推进国有企业结构调整》。明确提出指出：工艺技术向生产过程生态化、资源能源减量化转变 • 2010年5月国务院、各部委密集出台全面清理高耗能企业的优惠电价措施。 节能减排不再是一种义务，而成为企业生存的途径

  3. 背景 现 状 国外低电压节能技术 Hydro试验中心有6台400kA试验槽。我们有幸成为Hydro外，获准参观该试验槽首批客人。 该试验槽目前运行电压3.8-3.9V，电流426kA。阳极电流密度0.95cm2，直流电耗12300kW.h/t(Al)左右，效应系数0.02次/槽日，效应持续时间0.5min，是目前综合指标最优的电解槽。 低碳经济的推进，国外以高电流密度、低电压节能为主要目标

  4. 背景 现 状 国内低电压节能技术 国内某厂200kA级槽运行电压情况

  5. 背景 现 状 国内低电压节能技术 国内低电压节能技术 国内某厂300kA级槽运行电压情况 国内某厂400kA级槽运行电压情况

  6. 低电压节能技术的要点 降低卡具、立柱压接压降 与换极操作、导杆矫直、打磨清理、车间环境相关 一般有40kW.h/t-Al的节能空间

  7. 低电压节能技术的要点 降低钢爪压降(mV) 一般有60kW.h/t-Al的节能空间 与钢爪尺寸、腐蚀相关 降低炉底压降(mV) 一般有100kW.h/t-Al的节能空间 与材质、操作、工艺、控制系统相关

  8. 低电压节能技术的要点 降低铁炭压降 铁碳压降差24mV 一般有80kW.h/t-Al的节能空间 与磷生铁配方、管理相关

  9. 低电压节能技术的要点 减少阳极氧化，降低电解质压降 一般有80kW.h/t-Al的节能空间

  10. 低电压节能技术的要点 降低电解质压降 均匀极距，降低电解质压降 一般有300kW.h/t-Al的节能空间 在电解槽阳极、阴极质量相同的假设条件下，电流分布越均匀，在相同槽电压情况下，电解槽最小极距则越大。极距均匀，可降低极距，从而降低电解质压降。

  11. 低电压节能技术的要点 降低阳极过电压 阳极开槽降低阳极过电压 一般有100-150kW.h/t-Al的节能空间 使用开槽阳极，有利于阳极气泡逸出 按照气泡最短路经逸出，阳极开槽，可以缩短气泡逸出路径，从而降低阳极气膜压降，开槽阳极可以降低气膜压降30-80mV。

  12. 低电压节能技术的要点 降低电解质压降（深度节能） 提高铝液，降低电解质压降 一般有400kW.h/t-Al的节能空间 磁场好的电解槽极距可低达3cm以下。

  13. 低电压节能技术的要点 电解质成分、电流效率 分子比每降低0.1，电流效率提高1%左右，当分子比为2.1左右时，电流效率可达95%。但分子比的降低，电解质导电率降低。最后追求的是系统平衡。当杂质含量高时，需考虑氧化铝溶解性能，不能引起炉底沉淀

  14. 低电压节能技术的要点 能量平衡 直流电耗不降低的情况下，电流效率与槽电压之间的关系 （初始条件为槽电压3.98V，电流效率92%） 槽电压降低43mV，其电流效率不得降低1%，否则直流电耗反而会升高。该结果也显示在此条件下，要保持槽日产量不变，电流需强化1%。

  15. 低电压节能技术的要点 能量平衡 在散热损失不变的情况下，电流效率变化1%，相当于槽电压变化16.4mV，电流强化1%，相当于槽电压变化18mV，两者相加为34mV左右，即在此条件下，电解槽依然会走冷行程。而电解槽电压变化10mV，对能量平衡的影响相对有限，因此，采用能量平衡的方法来判断参数调整是否有效，存在不足。 电流效率快速检测技术来判断实施效果非常必要。

  16. 低电压节能技术的要点 能量平衡 极距有效降低的问题 理论分析表明：提高铝水，可以降低极距。但是实际操作中，铝水平的提高常常带来许多负面影响。如伸腿过长、炉膛内型畸形等使电解槽铝液中水平电流大幅增加，电解槽铝液不仅没有稳定，反而引发其它问题。 因此，保持良好的炉膛内型将是继续降电压的关键。依据炉膛内型情况，实施区域能量平衡调整，是确保极距有效降低的重要手段。

  17. 低电压节能技术的要点 低电压节能技术的要点 效果判断 效果判断 1、数据分析持续改进法 利用数据挖掘方法，评价槽电压等因素对电流效率的影响，如果槽电压与电流效率的相关性很弱，则降低槽电压可以适当降低。

  18. 低电压节能技术的要点 效果判断 2、电流效率快速检测法 利用电流效率快速检测方法，快速确定当前情况下最佳极距 。

  19. 低电压节能技术的要点 效果判断 3、类比法 在槽型结构相同的条件下，可以采用类比法确定槽电压。 4、尝试法（不推荐） 多数企业均采用尝试法来确定槽电压，即尝试着降低槽电压，观察出铝量、槽温、铝水平、电解质水平等的变化。如果铝水平不降低、槽温不升高则认为有效。

  20. 实施低电压节能技术的条件 磁场：垂直磁场小于 Gs，对于350kA以上的电解槽磁场小于 Gs。 控制方面：分子比波动应小于±0.05；氧化铝浓度波动的标准差小于0.5%；电解温度波动要小于±5℃。 原材物料：符合行业标准的要求 满足上述条件的基础上，槽电压可以达到3.9V以下，按传统电流效率计算方法测算的直流电耗可小于12500kW.h/t(Al)。 磁场不同，电解槽可获得的指标不同，电流密度、槽电压密切相关，各企业应根据效益最大化原则，匹配工艺技术条件 对电解槽保温结构需按照稳定铝液的基本要求来重新设计，所以，需要1-3万元资金，对电解槽能量平衡进行改造。

  21. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 节能潜力 508#电解槽卡具压降散点图（Y轴单位为mV） 良好的换极与导杆管理下的卡具压降散点图 卡具压降平均值为19.5mV，可降低13mV

  22. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 节能潜力 残极高度测试结果散点图 标准残极高度散点图 残极高度为11cm左右的占3.3%，其余96.7%的残极高度均在13cm以上；

  23. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 节能潜力 极间压降和极距，但影响幅度较小，如极间压降变化1000mV，电流效率仅提高1.9%；极距变化1cm，即相当于槽电压变化350mV，电流效率变化0.74%。分子比与电流效率的关系相关性最强，且影响幅度最大。 按照聚类分析的办法分析可知，出铝口铝水平在27-29cm左右是比较适宜的。

  24. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 过程跟踪 扣除438、508后，平均电流效率92.78%。

  25. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 实施效果

  26. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 实施效果 2009年与2008年相比阳极毛耗降低24.2kW.h/t(Al)

  27. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 实施效果 2009年与2008年相比电流效率约有升高

  28. 低电压节能技术实施的事例 300kA电解槽实施事例 实施效果 2009年与2008年相比能耗降低232.4kW.h/t(Al)

  29. 低电压节能技术实施的事例 某厂300kA电解槽实施事例 （1）减少电能消耗产生的效益 通过本项目实施，在电流效率没有受到影响的情况下，可以明显降低铝液直流电耗。2009年铝液直流电耗完成12994.3kwh/t-Al，较2008年平均13226.7kwh/t-Al下降了232.4kwh/t-Al，系列产量按2009年实际产量22.8万吨、电价按0.42元/度和实际整流效率97.3％计算，全年减少电能消耗节约电费2287万元。 （2）降低阳极毛耗产生效益 通过本项目实施，铝液阳极毛耗得到明显降低。2009年铝液阳极毛耗完成491.5kg/t-Al，较2008年平均515.7kg/t-Al相比降低了24.2kg/t-Al，全年节约阳极4332吨，按照阳极价格2500元/吨、残极价格1200元/吨计算，全年节约阳极产生效益717.2万元。 两项合计，全年直接效益3004万元。 实施效果

  30. 低电压节能技术实施的事例 200kA电解槽实施事例 2009年与2006年相比，槽日产量增加96kg，增产6.3%，阳极毛耗降低33kg，铝锭综合电耗降低762kW.h/t-Al，低达13901kW.h/t-Al，2010年1-3月，槽电压继续降低，综合能耗达到13717kW.h/t-Al，但时间短，还有待进一步考察。

  31. 低电压节能技术实施的事例 162kA实施效果 阳极电流密度0.77A/cm2，槽龄最长2900天。 电压平衡情况

  32. 低电压节能技术实施的事例 162kA实施效果 两水平 极距 平均槽电压3.88V，铝液直流电耗为12366 kW.h/t(Al)。

  33. 低电压节能技术实施的事例 以下是几家低电压企业2010年一季度的指标状况（槽电压在4V左右） • 200kA电解槽以连城分公司为最好13717kW.h/tAl，与去年同期相比节电374kW.h/tAl，槽日产量增加9kg； • 350kA电解槽以兰州分公司为最好13768kW.h/tAl，与去年同期相比节电463kW.h/tAl，槽日产量增加104kg； • 兰州分公司200kA电解槽与去年同期相比节电502kW.h/tAl，槽日产量增加7kg； • 华鹭铝业200kA电解槽与去年同期相比节电422kW.h/tAl，槽日产量增加15kg。

  34. 结束语 降本增效是目标 观念转变是前提 科学技术是支撑 精益管理是保障 能效对标是企业获得良好指标的重要途径

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